توصيفگر ها :
ژل نانوكامپوزيتي , خودترميم‌شوندگي , نانو رس كلوزيت 30B , كوپليمر آكريل آميد/آكريليك اسيد , تورم ژل
چكيده فارسي :
چكيده:
با توجه به اثبات كارايي ژل نانوكامپوزيتي آكريل آميد/آكريليك اسيد-نانو رس به عنوان عامل خودترميم‌شونده در پوشش‌هاي اپوكسي، ساخت و مشخصه‌يابي نمونه‌هايي از اين ژل نانوكامپوزيتي با تركيبات متفاوت محوريت اين پژوهش قرار گرفته است. در اين پژوهش، تركيب نمونه‌هاي ژل نانوكامپوزيتي آكريل آميد/آكريليك اسيد-نانو رس با تغيير سه عامل: نسبت جرمي آكريل آميد به آكريليك اسيد، مقدار عامل اتصال عرضي و مقدار نانو رس كلوزيت 30B با استفاده از روش طراحي آزمايش تاگوچي تعيين شده است. هدف اصلي اين پژوهش، بهينه‌سازي تركيب ژل نانوكامپوزيتي آكريل آميد/آكريليك اسيد-نانو رس به منظور دستيابي به نمونه‌اي با بيشترين تورم و پايداري در آب مي‌باشد. در اين پژوهش، اصلاح سطح نانو رس كلوزيت 30B با استفاده از عامل سيلاني 3-(تري‌متوكسي‌سيليل) پروپيل متااكريلات به منظور بهبود پراكنش نانوذرات در ماتريس پليمري و افزايش سازگاري آن‌ها انجام شده است. همچنين نمونه‌هاي ژل نانوكامپوزيتي آكريل آميد/آكريليك اسيد-نانو رس، به روش كوپليمريزاسيون راديكالي درجا ساخته شده‌اند و از N,N-متيلن بيس آكريل آميد به عنوان عامل ايجاد اتصالات عرضي استفاده شده است. به منظور بررسي اصلاح سطح نانو رس، ساختار شيميايي نمونه‌هاي ژل نانوكامپوزيتي و مورفولوژي نمونه‌ها از آزمون‌هاي طيف‌سنجي مادون قرمز تبديل فوريه، پراش پرتو ايكس، وزن‌سنجي حرارتي، ميكروسكوپ الكتروني روبشي گسيل ميداني و طيف‌سنجي تفكيك انرژي پرتو ايكس استفاده شده است. همچنين به منظور بررسي ميزان تورم و پايداري نمونه‌ها، در دو حالت استفاده از آب مقطر و استفاده از محلول 3/5% وزني آب‌نمك (مشابه آب دريا)، آزمون تورم به روش وزن‌سنجي انجام شده كه نتايج آن براي تعيين تركيب بهينه ژل نانوكامپوزيتي مورد استفاده قرار گرفته‌اند. نتايج آزمون طيف‌سنجي مادون قرمز تبديل فوريه، اصلاح سطح نانوذرات و سنتز موفقيت‌آميز ژل نانوكامپوزيتي را تأييد كرد. آزمون پراش پرتو ايكس افزايش فاصله بين صفحات نانو رس در اثر سيلانه شدن و همچنين حضور نانوذرات در ژل نانوكامپوزيتي را نشان داد. نتايج آزمون وزن‌سنجي حرارتي اصلاح سطح موفقيت‌آميز نانو رس و حضور نانوذرات در نمونه‌هاي ژل نانوكامپوزيتي را اثبات كرد كه نتايج آزمون طيف‌سنجي تفكيك انرژي پرتو ايكس نيز همين مسئله را تأييد مي‌كند. تصاوير ميكروسكوپ الكتروني روبشي گسيل ميداني ماهيت لايه‌اي نانو رس و نانو رس اصلاح سطح شده و ماهيت متخلخل سطح شكست ژل‌هاي نانوكامپوزيتي را نشان دادند و همچنين درصد تخلخل نمونه‌هاي ژل نانوكامپوزيتي با استفاده از همين تصاوير تعيين شد. با تحليل نتايج آزمون تورم با استفاده از نرم‌افزار Minitab Statistical، نحوه تأثير هر يك از عوامل نسبت مونومرها، مقدار عامل اتصال عرضي و مقدار نانوذره بر تورم و پايداري نمونه‌ها مورد بررسي قرار گرفت و مقادير بهينه براي هر عامل تعيين شد. در حالت انجام آزمون تورم در آب مقطر، مقدار مطلوب براي نسبت آكريل آميد به آكريليك اسيد برابر 0/96428، براي مقدار عامل اتصال عرضي برابر 0/04% وزني و براي مقدار نانو رس برابر 5% وزني مي‌باشد. همچنين در حالت انجام آزمون تورم در محلول 3/5% آب‌نمك، مقدار مطلوب براي نسبت آكريل آميد به آكريليك اسيد برابر 0/96428، براي مقدار عامل اتصال عرضي برابر 0/52% وزني و براي مقدار نانو رس برابر 5% وزني مي‌باشد.
واژگان كليدي: ژل نانوكامپوزيتي- خودترميم‌شوندگي- نانو رس كلوزيت 30B- كوپليمر آكريل آميد/آكريليك اسيد- تورم ژل
چكيده انگليسي :
Abstract:
Considering the proof of the efficiency of acrylamide/acrylic acid-Cloisite 30B nanogel composite as a self-healing agent in epoxy coatings, the synthesis and characterization of samples of this nanogel composite with different compositions is the focus of this research. In this research, the composition of acrylamide/acrylic acid-Cloisite 30B nanogel composite samples has been determined by changing three factors: the mass ratio of acrylamide to acrylic acid, the amount of cross-linking agent, and the amount of Cloisite 30B nanoclay using the Taguchi method. The main purpose of this research is to optimize the composition of acrylamide/acrylic acid-Cloisite 30B nanogel composite in order to obtain a sample with the highest swelling and hydrolytic stability. In this research, surface modification of Cloisite 30B nanoclay using 3-(trimethoxysilyl) propyl methacrylate silane agent has been done in order to improve the dispersion of nanoparticles in the polymer matrix and increase their compatibility. Also, samples of acrylamide/acrylic acid-Cloisite 30B nanogel composite were synthesized by in-situ radical copolymerization method and N,N-methylene-bisacrylamide was used as a cross-linking agent. FTIR, XRD, TGA, FESEM and EDX tests were used to investigate the surface modification of nanoclay, the chemical structure of nanogel composite samples and the morphology of the samples. Also, the swelling test was performed in two states of swelling in distilled water and swelling in 3.5 wt% saline solution (similar to sea water) by mass measurement method and the results were used to determine the optimal composition of the nanogel composite. The results of FTIR test confirmed the surface modification of nanoparticles and the successful synthesis of nanogel composite. The XRD test results showed an increase in the distance between the nanoclay layers due to silanization, and the presence of nanoparticles in the nanogel composite. The results of TGA test proved the successful surface modification of nanoclay and the presence of nanoparticles in the nanogel composite samples, which the EDX test results also confirm. FESEM images showed an increase in the distance between nanoclay layers due to silanization and the presence of nanoparticles in the nanogel composite, and also the porosity percentage of nanogel composite samples was determined using FESEM images. By analyzing the swelling test results using Minitab Statistical software, the effect of the factors: the ratio of monomers, the amount of cross-linking agent and the amount of nanoparticles on the swelling and stability of the samples was investigated and the optimal values for each factor were determined. In the case of performing the swelling test in distilled water, the optimum value for the ratio of acrylamide to acrylic acid is 0.96428, for the amount of crosslinking agent it is 0.04 wt% and for the amount of Cloisite 30B it is 5 wt%. Also, in the case of performing the swelling test in 3.5 wt% saline solution, the optimal value for the ratio of acrylamide to acrylic acid is 0.96428, for the amount of cross-linking agent is 0.52 wt%, and for the amount of Cloisite 30B is 5 wt%.
Keywords: self-healing, nanogel composite, Cloisite 30B, acrylamide/acrylic acid copolymer, gel swelling
